PENGUJIAN UNJUK KERJA SISTEM AC MOBIL STATIK EKSPERIMEN MENGGUNAKAN REFRIGERAN CFC-12 DAN HFC-134A DENGAN VARIASI PUTARAN (RPM) KOMPRESOR SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : AZIS YUSWANDI NIM. I0402003 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2007
92
Embed
PENGUJIAN UNJUK KERJA SISTEM AC MOBIL STATIK … · kompresor terhadap unjuk kerja dari sistem AC mobil. Penelitian memakai alat ... BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Data Pengujian ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PENGUJIAN UNJUK KERJA SISTEM AC MOBIL STATIK EKSPERIMEN
MENGGUNAKAN REFRIGERAN CFC-12 DAN HFC-134A DENGAN VARIASI PUTARAN (RPM) KOMPRESOR
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
AZIS YUSWANDI NIM. I0402003
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA 2007
PENGUJIAN UNJUK KERJA SISTEM AC MOBIL STATIK EKSPERIMEN
MENGGUNAKAN REFRIGERAN CFC-12 DAN HFC-134A DENGAN VARIASI PUTARAN (RPM) KOMPRESOR
Disusun oleh
Azis Yuswandi NIM. I 0402003
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Wibawa Endra Juwana, ST, MT NIP. 132 258 059
Tri Istanto, ST, MT NIP. 132 282 194
Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Selasa tanggal 26 Juni
Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir
Ir. Agustinus Sujono, MT NIP. 131 472 632
Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT NIP. 132 282 685
ii
MOTTO
“Janganlah kamu bersikap lemah dan janganlah kamu bersedih hati, padahal
kamulah orang-orang yang paling tinggi (derajatnya) jika kamu orang-orang
yang beriman.” (AliImran:139)
“Siapa yang meninggalkan sesuatu karena Allah niscaya Allah akan
menggantinya dengan sesuatu yang lebih baik daripadanya.”(HR.Ahmad)
“Bersyukur menuntun untuk senantiasa menyingkirkan sisi negatif dari hidup”
“Ad-dunya mata' , khoirul mata' al mar'atus sholihah”
iii
PERSEMBAHAN
Allah SWT
Mamah + Apa + Kang Uus
Terima kasih atas segala kasih sayang, motivasi, nasehat, doa, pengorbanan,
kesabaran, serta segala dukungan yang selalu diberikan selama ini.
Keluarga Besar lembur panineungan di Tasik
Hatur nuhun ka sadayana. Almarhum : Ma Asmi, Wa Entoh, Wa Darpan,
Hapunten teu sempet tiasa mulang tarima.
Ka ggo anjeunn u a, sareng urang mana.. N duka saha, diman
iv
Pengujian Unjuk Kerja AC Mobil Statik Eksperimen Menggunakan Refrigeran HFC-134a dan CFC-12
dengan Variasi Putaran Kompresor
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi putaran kompresor terhadap unjuk kerja dari sistem AC mobil. Penelitian memakai alat peraga mesin AC mobil yang telah dilengkapi dengan sensor temperatur dan tekanan. Komponen utama sistem AC mobil terdiri dari : kompresor, kondensor, receiver dryer, katup ekspansi, dan evaporator. Fluida kerja yang digunakan yaitu refrigeran CFC-12 dan HFC-134a. Pengujian dilakukan dengan memvariasikan putaran kompresor, yaitu 1000 rpm, 1200 rpm, 1500 rpm ,1800 rpm, dan 2000 rpm. Hasil penelitian menunjukkan semakin tinggi putaran kompresor maka COP akan mengalami penurunan. CFC-12 mempunyai COPcarnot, COPstandar, dan COPaktual yang lebih tinggi dibandingkan dengan HFC-134a. Kapasitas refrigerasi dan kerja kompresi HFC-134a mempunyai nilai yang lebih besar dibandingkan CFC-12.
Kata kunci: AC mobil, refrigeran, HFC-134a, CFC-12, Coefficient of Perfomance (COP)
v
Performance Testing of Mobile Air Conditioning (Static Experiment) Utilize HFC134a and CFC-12 Refrigerants
With Compressor Speed Variation
Azis Yuswandi
Mechanical Engineering Departement Sebelas Maret University
Surakarta, Indonesia
Abstract
The purpose of this research to analyze performance of static mobile air conditioning (MAC) system based on compressor speed variation. Refrigerant CFC-12 and HFC-134a used as working fluid. The MAC test rig has several main parts : compressor, condensor, receiver-dryer, thermal expansion valve (TXV), and evaporator. System is equipped with sensors to measure temperature and pressure. Test varied with compressor speed : 1000 rpm, 1200 rpm, 1500 rpm, 1800 rpm, and 2000 rpm. The result indicated that coefficient of performance (COP) decrease with the increase of compressor speed. Ideal and actual COP of CFC-12 is higher than HFC-134a. Refrigerating capacity and power compression of HFC-134a is higher than CFC-12. Keywords : mobile air conditioning, refrigerant, HFC-134a, CFC-12, Coefficient of Performance (COP)
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-Nya
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Adapun tujuan penulisan skripsi ini
adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik
di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penulis menghaturkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
membantu dalam masa perkuliahan sampai penelitian dan penulisan skripsi ini :
1. Bapak Wibawa Endra Juwana, ST. MT., dan Bapak Tri Istanto, ST. MT.,
selaku pembimbing skripsi yang telah memberikan banyak bantuan.
2. Bapak Ir.Agustinus Sujono, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNS.
3. Bapak Wahyu Purwo R, ST. MT., selaku koordinator skripsi Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik UNS.
4. Bapak-bapak dosen semuanya. Terima kasih atas ilmu pengetahuannya.
5. Arief Yulis, Ahmad Ghufron, dan Ira Susanti. Teman perjuangan di Tim AC
Mobil.
6. Teman-teman Angkatan 2002 dan mahasiswa Teknik Mesin FT UNS.
7. Dhimas Satria dan Arifin. Jazzakallahu khairan.
(salahsatu keceriaan dengan Pro Evolution Soccer). MasKas (makasih
komputernya), Pa Dul, Asep, Vidi, Bower, Bastomi, Slamet, Irawan, Epa,
Bams, Mas Anwar, etc.
10. Komunitas Sepak Bola : AC Milan, Persib Bandung, Persis Solo, Arba
Badran FC, Tim Mesin’02. (No girl no cry).
Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat kekurangan.
Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik serta sarannya demi koreksi menuju
perbaikan.
Surakarta, 2007
Azis Yuswandi
vii
DAFTAR ISI
Hal
Abstrak .................................................................................................... v Kata Pengantar ......................................................................................... vii Daftar Isi ................................................................................................... viii Daftar Tabel ............................................................................................. xi Daftar Gambar ......................................................................................... xii Daftar Persamaan ..................................................................................... xiv Daftar Notasi ............................................................................................ xv
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ................................................................................... 1
1.2. Batasan Masalah ................................................................................. 2
1.3. Perumusan Masalah ............................................................................ 2
1.4. Tujuan Penelitian ................................................................................ 2
A luas silinder kompresor, m2 A luas penampang saluran, m2
COP coefficient of performance, tanpa dimensi COPaktual COP siklus kompresi uap aktual, tanpa dimensi COPcarnot COP siklus carnot, tanpa dimensi COPR COP siklus kompresi uap standar, tanpa dimensi h enthalpi, kJ/kg h1 enthalpi gas refrigeran pada tekanan evaporator, kJ/kg h1 enthalpi refrigeran masuk kompresor, kJ/kg h1 enthalpi refrigeran masuk kompresor, kJ/kg h2 enthalpi gas refrigeran pada tekanan kondensor (isentropik), kJ/kg h2 enthalpi refrigeran keluar kompresor, kJ/kg h2a enthalpi refrigeran keluar kompresor, kJ/kg h2S enthalpi refrigeran saat kompresi isentropik, kJ/kg h3 enthalpi refrigeran masuk TXV, kJ/kg h4 enthalpi cairan refrigeran pada tekanan kondensor, kJ/kg h4 enthalpi refrigeran keluar evaporator, kJ/kg h5 enthalpi refrigeran masuk evaporator, kJ/kg hu enthalpi udara, kJ/kg laju aliran massa refrigeran, kg/s mm prosentase volume sisa, %
ref&
n jumlah silinder, tanpa dimensi P tekanan absolut, MPa P1 tekanan sisi suction kompresor, MPa P2 tekanan sisi discharge kompresor, MPa P3 tekanan sisi keluar kondensor, MPa P4 tekanan sisi masuk evaporator, MPa P5 tekanan sisi keluar evaporator, MPa P2/P1 pressure ratio, tanpa dimensi Pevap tekanan evaporator, MPa Pkond tekanan kondensor, MPa Q laju perpindahan panas, kW Q debit aliran refrigeran, m3/s Qevap kalor yang diserap evaporator, kW q efek refrigerasi, kJ/kg rpm putaran kompresor, rpm S entropi, kJ/(kg . K) S panjang langkah, m T temperatur absolut, oC atau K Tdb temperatur bola kering, oC Tevap temperatur evaporator, oC TH temperatur refrigeran saat melepas kalor (temperatur kondensor) , oC Tkond temperatur kondensor, oC
xv
TL temperatur refrigeran saat menyerap kalor (temperatur evaporator), oC Twb temperatur bola basah, oC Vdisp volume perpindahan (displacement) kompresor per putaran, m3
υbuang volume spesifik uap setelah kompresi isentropik, m3/kg υhisap volume spesifik uap yang masuk kompresor, m3/kg Vu kecepatan udara dalam saluran, m3/kg Wkomp daya kompresor, kW ηcv efisiensi ruang sisa, % ηvol efisiensi volumetris, % ηkom efisiensi isentropis (efisiensi kompresor), % ρ densitas refrigeran, kg/m3
ρ suc densitas refrigeran pada sisi hisap (suction) kompresor, kg/m3
ρu densitas udara, kg/m3
xvi
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Siklus refrigerasi merupakan sebuah mekanisme berupa siklus yang
mengambil energi (termal) dari daerah bersuhu rendah dan dibuang ke daerah
bersuhu tinggi. Siklus ini berlawanan dengan proses spontan yang terjadi sehari-
hari, maka diperlukan masukan energi untuk menjalankan siklus refrigerasi.
Mesin refrigerasi adalah mesin yang dapat menimbulkan efek refrigerasi tersebut,
sedangkan refrigeran adalah zat yang digunakan sebagai fluida kerja dalam proses
penyerapan panas.
Aplikasi sistem refrigerasi saat ini meliputi bidang yang sangat luas, mulai
dari keperluan rumah tangga, industri otomotif, pertanian, industri gas,
petrokimia, perminyakan, dan sebagainya. Mesin refrigerasi yang paling banyak
digunakan saat ini adalah mesin refrigerasi siklus kompresi uap.
Dalam bidang otomotif mesin refrigerasi mempunyai peranan penting dalam
menciptakan kondisi yang aman dan nyaman saat berkendara. Kondisi udara
tropis di Indonesia yang umumnya mempunyai temperatur dan kelembaban tinggi
menjadikan keberadaan AC mobil sebagai suatu keharusan. Fluida kerja yang
digunakan secara luas pada AC mobil adalah CFC-12. Refrigeran CFC-12
merupakan refrigeran yang tidak berwarna, hampir tidak berbau dengan titik didih
pada tekanan atmosfer (Normal Boiling Point) -290C. CFC-12 bersifat tidak
beracun, tidak korosif , tidak menyebabkan iritasi , dan tidak mudah terbakar.
Namun ditinjau dari aspek lingkungan CFC-12 ternyata berdampak pada
terjadinya penipisan lapisan ozon. Sehingga industri refrigerasi beralih
menggunakan refrigeran yang ramah lingkungan. Salah satu fluida kerja alternatif
pengganti CFC-12 adalah HFC-134a. Telah banyak diketahui bahwa properties
kimia HFC-134a lebih unggul bila ditinjau dari aspek lingkungan, dimana tidak
beresiko menimbulkan efek penipisan ozon.
2
Pada instalasi AC mobil, puli poros kompresor digerakkan oleh puli poros
engkol (crankshaft) yang dihubungkan dengan mekanisme sabuk. Kecepatan
putaran (RPM) kompresor berubah-ubah mengikuti perubahan kecepatan
crankshaft. Selama ini masih belum banyak penelitian mengenai pengujian unjuk
kerja refrigeran dalam sistem AC mobil ditinjau dari aspek mekanis yang salah
satunya dengan variasi putaran kompresor.
Berdasarkan masalah tersebut maka perlu dilakukan pengujian untuk
membandingkan unjuk kerja sistem AC mobil menggunakan refrigeran CFC-12
dan HFC-134a dengan memvariasikan putaran (RPM) kompresor.
1.2 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut:
a. Pengujian dilakukan dengan alat peraga AC mobil.
b. Pengujian unjuk kerja mesin AC mobil dilakukan dalam keadaan diam
(statik eksperimen).
c. Refrigeran yang digunakan dalam pengujian ini adalah CFC-12 dan HFC-
134a.
d. Variasi putaran adalah putaran kompresor.
e. Beban pendinginan adalah konstan.
1.3 Perumusan Masalah
Perumusan masalah dalam penelitian ini yaitu “ Bagaimanakah pengaruh
variasi putaran kompresor terhadap unjuk kerja AC mobil dengan refrigeran CFC-
12 dan HFC-134a”
3
1.4 Tujuan dan Manfaat
Tujuan penelitian ini mengetahui pengaruh variasi putaran kompresor
terhadap unjuk kerja AC mobil dengan refrigeran CFC-12 dan HFC-134a.
Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat
berupa:
a. Mengetahui komponen dan teknologi AC mobil.
b. Mengetahui unjuk kerja AC mobil dengan refrigeran CFC-12 dan HFC-
134a.
c. Sebagai tambahan referensi dalam pengembangan refrigerasi otomotif.
1.5 Sistematika Penulisan
Agar penelitian dapat mencapai tujuan dan terarah dengan baik, maka
disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut :
a. Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang penelitian, batasan masalah,
perumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, sistematika penulisan.
b. Bab II Dasar Teori, berisi tinjauan pustaka dan landasan teori yang berkaitan
dengan sistem refrigerasi, prinsip kerja AC mobil, komponen-komponen AC
mobil, refrigeran.
c. Bab III Metode Penelitian, berisi bahan yang diteliti, mesin dan alat yang
digunakan dalam penelitian, tempat penelitian serta pelaksanaan penelitian
d. Bab IV Data dan Analisa, berisi data hasil pengujian dan analisa data hasil
pengujian. Analisa meliputi : Coefficient of Performance (COP) Carnot, COP
Jenis kompresor berdasarkan letak motor dan kompresor adalah:
a. Kompresor tipe terbuka (open type compressor)
b. Kompresor hermetic
c. Kompresor semi hermetic
11
Sedangkan kompresor untuk AC mobil dikelompokkan dalam dua
kelompok besar, yaitu:
- Tipe Reciprocating: 1. Tipe crank shaft
2. Tipe swash plat
3. Tipe woble plate
- Tipe Rotary : Tipe Through vane
Pada AC mobil ini menggunakan kompresor tipe swash plate
Bola baja
discharge valve
Suction valve piston Swash plate
shaft
Rotary valve
Gambar 2.6 Kompresor tipe Swash Plate. (Training Manual, 2004).
Apabila salah satu sisi piston melakukan langkah kompresi, sisi lainnya
melakukan langkah hisap. Pada dasarnya, prinsip proses kompresi sama dengan
proses kompresi pada kompresor tipe torak, perbedaan tekanan dimungkinkan
dengan adanya katup hisap dan katup buang. Karena perpindahan gaya dari poros
penggerak dilakukan oleh swash plate, getaran yang dihasilkan saat kompresor
bekerja lebih kecil daripada getaran yang terjadi pada tipe torak dimana
perpindahan gaya dilakukan melalui conecting rod.
12
discharge valve
discharge valve
suction valve suction valve
Gambar 2.7. Mekanisme kompresi pada kompresor Swash Plate
(Training Manual, 2004)
PRV
Refrigeran terbuang keluar ketika PRV bekerja
2.2.5.2 Pressure Relief Valve
Pada AC sistem lama yang menggunakan CC-12, jika sisi tekanan tinggi
pada sirkulasi tidak normal sehingga suhu refrigeran tinggi, timah pada fusible
plug meleleh dan refrigeran terbuang bebas. Hal ini akan menghindarkan dari
kerusakan komponen pada sistem.
Gambar 2.8. Pressure Relief Valve
Pada sistem HFC-134a, pressure relief valve menggantikan kerja fusible
plug ini, dimana pada kondisi tersebut aliran refrigeran yang terbuang ke udara
bebas dibatasi pada batas minimum. (Buku Pedoman Denso)
2.2.5.3 Oli Kompresor
Oli kompresor diperlukan untuk melumasi bantalan-bantalan kompresor dan
permukaan yang bergesekan. Selain itu oli kompresor juga harus dapat
bersirkulasi dengan refrigeran melewati komponen-komponen utama AC. Oli
mineral CFC-12 dapat menyebabkan kerusakan serius pada kompresor dan
13
komponen lain, karena ketidakmampuannya larut dalam HFC-134a. Sehingga
kompresor HFC-134a harus menggunakan oli khusus yaitu oli PAG (Poli Alkil
Glikol) atau POE (Polyol Ester).
2.2.5.4 Magnetic Clutch
Magnetic clutch digunakan untuk menghubungkan dan melepaskan
kompresor dari putaran mesin. Komponen utama magnetic clutch terdiri dari
stator, rotor, dan pressure plate. Prinsip kerjanya adalah melekatnya dua keping
logam besi menjadi satu unit karena gaya elektromagnet. Dua keping tersebut
adalah pressure plate dan drive pulley. (Toyota Service Training, 1995)
Gambar 2.9. Konstruksi magnetic clutch (Training Manual, 2004)
1. Sakelar
2. Plat penekan
3. Roda pulley
4. Poros kompresor
5. Gulungan magnet listrik
6. Kompresor
7. Pegas plat pengembali
8. Baterai
Rotor
Stator Coil
Stator
Pressure Plate
Gambar 2.10 Magnetic clutch tipe P
(Toyota Service Training, 1995)
2.2.5.5 Kondensor
Kondensor digunakan untuk mendinginkan gas refrigeran yang telah
ditekan dan bersuhu tinggi, serta mengubahnya menjadi cairan refrigeran.
Sejumlah panas dilepaskan ke udara bebas melalui kondensor. Hal ini akan
14
mempengaruhi efek pendinginan di evaporator, karena itu kondensor diletakkan di
bagian depan kendaraan untuk mendapatkan pendinginan dari kipas radiator dan
aliran udara selama kendaraan bergerak. (Buku Pedoman Denso).
Kondensor yang digunakan pada pengujian ini adalah tipe air cooled
condenser, yaitu kondensor yang menggunakan udara sebagai media
pendinginnya. Selain itu pelaksanaan perpindahan panasnya dilakukan dengan
aliran udara yang dipaksakan (force draught condenser) dengan menggunakan
ekstra fan sebagai pengalir udara pada kondensor dengan cara menghisap udara
bebas melewati kondensor.
Tube
Fin
Ekstra Fan
Gambar 2.11. Konstruksi kondensor (Modul Pelatihan Otomotif, 2000)
Gambar 2.12. Mekanisme kerja kondensor
2.2.5.6 Receiver / Dryer
Receiver adalah komponen yang digunakan untuk menyimpan atau
menampung sementara cairan refrigeran. Dryer dan filter di dalam receiver akan
menyerap air dan kotoran yang ada di dalam refrigeran
15
Prinsip kerja receiver:
1. Receiver memisahkan refrigeran dalam bentuk gas dari cairan refrigeran
oleh perbedaan berat dan memastikan bahwa aliran yang mengalir ke
katup ekspansi sudah berbentuk cairan.
2. Dryer juga berisi desiccant yaitu zeolite yang berfungsi menyerap uap air.
3. Sight glass dipasang diatas receiver. Jumlah refrigeran yang diisikan ke
dalam sistem sirkulasi penting artinya pada efisiensi pendinginan AC.
Sight glass digunakan untuk mengetahui jumlah refrigeran di dalam
sirkulasi. Sight glass juga bisa dipasang pada liquid tube diantara receiver
dan katup ekspansi. (Buku Pedoman Denso).
Saringan (filter) dikonstruksi berupa tabung silinder yang di dalamnya
terdapat sel silika yang menyerap uap air pada zat pendingin. Adakalanya pada
saringan dipasangkan dua buah sakelar yang bekerja berdasarkan tekanan atau
temperatur (sakelar terhubung jika tekanan atau temperatur dalam saringan
melebihi batas maksimal). Kadang-kadang saringan dilengkapi dengan tutup
pengaman yang terbuat dari wood metal. Tutup pengaman ini akan cair bila
temperatur zat pendingin sudah mencapai batas yang ditentukan.
Gambar 2.13. Konstruksi Receiver.
2.2.5.7 Katup Ekspansi (Expansion Valve)
Setelah melewati receiver cairan refrigeran dialirkan ke orifice (lubang kecil
yang tiba-tiba membesar yang disebut katup ekspansi) akibat cairan yang tiba-tiba
16
salurannya diperbesar, maka cairan refrigeran akan berubah menjadi bertekanan
dan bersuhu rendah dengan wujud kabut (cair dan uap).
Terdapat dua jenis katup ekspansi, yaitu:
1. Tipe tekanan tetap (constant pressure)
2. Tipe sensor panas (thermal=thermostatic).
- Jenis Internal Equalizing
- Jenis External Equalizing
- Jenis Box/Blok (dengan kontrol temperatur dan tekanan)
Katup ekspansi tipe thermal inilah yang banyak digunakan pada sistem AC
mobil. Hampir seluruh sistem AC mobil menggunakan katup ekspansi sebagai
alat untuk menurunkan tekanan. Belum ada AC mobil yang menggunakan pipa
kapiler. Pertimbangan penggunaan katup ekspansi adalah kondisi operasi
kendaraan yang berubah-ubah. Salah satu perubahan kondisi operasi kendaraan
adalah kecepatan putar mesin yang bervariasi. Pada sistem AC mobil dengan
kompresor yang digerakkan langsung oleh mesin melalui kopling magnetik,
perubahan putaran mesin akan mengakibatkan perubahan putaran kompresor. Jika
digunakan pipa kapiler, perubahan laju aliran refrigeran akibat perubahan putaran
kompresor tersebut tidak dapat dikontrol sehingga kondisi refrigeran keluar
evaporator tidak dapat dikontrol. Lain halnya jika menggunakan katup ekspansi
yang dilengkapi dengan sensing bulb dimana laju aliran refrigeran dapat dikontrol
sehingga kondisi refrigeran selalu dalam keadaan superpanas. Dengan demikian
penggunaan katup ekspansi dapat mencegah terjadinya kerusakan kompresor
akibat masuknya refrigeran cair.
Katup ekspansi ini akan mengatur jumlah aliran refrigeran yang diuapkan di
evaporator. Akibat dari pengaturan aliran refrigeran ini maka suhu ruangan dapat
diturunkan berdasarkan beban panas yang ada pada evaporator. Pengaturan aliran
ini dilakukan dengan cara mengatur bukaan celah katup sesuai dengan temperatur
refrigeran keluar evaporator. Gerakan katup ini terjadi akibat adanya perbedaan
tekanan antara tekanan di dalam sensing bulb (Pf), tekanan pegas (Ps), dan
tekanan evaporator (Pe).
Pada beban pendinginan tinggi (temperatur pada ruangan tinggi), tekanan
uap keluaran evaporator tinggi. Akibatnya temperatur dan tekanan pada sensing
17
bulb juga tinggi. Selanjutnya uap bertekanan tinggi di dalam sensing bulb akan
menekan katup ke bawah sehingga katup terbuka lebar, memungkinkan refrigeran
mengalir lebih banyak. Sebaliknya ketika beban pendinginan rendah, katup akan
membuka sedikit sehingga aliran refrigeran kecil.
Pada pengujian ini digunakan Thermal expansion valve internal equalizing
type, yaitu ketika tekanan gas di dalam evaporator stabil, tekanan Pf diimbangi
oleh tekanan Pe dan Ps. Pembukaan valve menjadi stasioner dan refrigeran
mengalir tetap.
Gambar 2.14. Katup Ekspansi Tipe Internal Equalizing
Gambar 2.15. Konstruksi Katup Ekspansi Tipe External Equalizing
(Training Manual, 2004)
2.2.5.8 Evaporator
Proses yang terjadi dalam evaporator adalah proses evaporasi, yaitu
penguapan refrigeran fasa cair menjadi fasa uap. Kegunaan evaporator adalah
18
kebalikan dari kondensor. Keadaan refrigeran sebelum katup ekspansi masih
100% cair. Segera setelah tekanan cairan turun, cairan mulai mendidih kembali
sambil menyerap panas dari udara yang melewati sirip-sirip (fin) pendingin
evaporator, dan mendinginkan udara.
Gambar 2.16. Konstruksi evaporator
2.2.5.9 Blower
Blower digunakan untuk menghisap udara segar atau udara yang telah
disirkulasikan ke dalam ruangan kendaraan. Blower terdiri dari motor dan kipas
(fan). Fan dapat dibagi menjadi tipe axial flow dan centrifugal flow, tergantung
dari arah aliran udaranya.
Pada umumnya yang digunakan untuk unit pendingin AC mobil adalah tipe
centrifugal flow dengan motor tipe ferrite dan kipas tipe sirocco, seperti yang
digunakan pada pengujian ini.
Gambar 2.17. Konstruksi Fan Tipe Centrifugal Flow
(Buku Pedoman Denso)
2.2.5.10 Thermostat
Thermostat terdiri dari capillary tube, diapraghma, dan micro switch.
Capillary tube berisi special gas, dan capillary tube ini disisipkan pada keluaran
19
fin-fin evaporator. Tekanan gas didalam capillary tube berubah tergantung dari
suhu sekelilingnya.
Ketika suhu evaporator bertambah, tekanan di dalam capillary tube
bertambah, sehingga akan menutup contact point pada micro switch (On).
Sebaliknya ketika suhu evaporator berkurang, maka tekanan di dalam capillary
tube berkurang sehingga akan membuka contact point pada micro switch (Off).
Hasilnya adalah on dan off-nya magnetic clutch tergantung dari suhu
keluaran evaporator, dan hal ini akan mengatur suhu ruang penumpang. (Buku
Pedoman Denso)
2.2.5.11 Penerus Gerak Motor Listrik
Pada alat peraga AC mobil ini penerus gerak dari motor listrik ke kompresor
adalah puli bersabuk. Dimana puli untuk motor listrik didapat dari bekas puli AC
mobil Kijang LSX-G. Dengan tujuan untuk mendekatkan alat peraga ini sesuai
dengan kondisi sebenarnya. Pada alat peraga yang dibuat ini juga terdapat puli
kecil yang berfungsi sebagai pemegang belt. Dimana puli tersebut disetel sesuai
ketegangan dari belt.
2.2.5.12 Pressure Switch
Pressure Switch dipasang pada pipa liquid tube diantara receiver dan
expansion valve. Pressure switch mendeteksi ketidaknormalan tekanan di dalam
sirkulasi dan kalau hal ini terjadi, maka magnetic clutch akan mati. Sehingga
kompresor berhenti bekerja.
Cara kerja dari pressure switch adalah sebagai berikut :
Pada saat tekanan dalam sirkulasi terlalu tinggi, hal ini akan merusakkan
beberapa komponen. Oleh sebab itu pada tekanan 32 kg/cm2 pressure switch akan
bekerja mematikan magnetic clutch.
Pada saat tekanan di dalam sirkulasi terlalu rendah karena terjadi kebocoran
dan tekanan turun dibawah 2 kg/cm2 maka pressure switch akan bekerja
mematikan magnetic clutch.
20
Gambar 2.18. Konstruksi Pressure Switch
(Buku Pedoman Denso)
2.2.5.13 Refrigeran
Untuk dapat terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan
yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Bahan
pendingin ini disebut dengan refrigeran. Refrigeran adalah suatu zat yang mudah
diubah wujudnya dari gas menjadi cair atau sebaliknya dan dapat mengambil
panas dari evaporator dan membuangnya di kondensor.
Syarat termodinamika yang umum untuk refrigeran adalah:
1. Tidak beracun dan tidak berbau dalam semua keadaan.
2. Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, minyak
pelumas, dan sebagainya.
3. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada
sistem pendingin.
4. Bila terjadi kebocoran, mudah diketahui dengan alat-alat yang sederhana
maupun dengan alat detector kebocoran.
5. Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah.
6. Mempunyai susunan struktur kimia yang stabil, tidak terurai.
7. Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar panas yang diserap
evaporator sebesar-besarnya.
8. Tidak merusak tubuh manusia.
9. Viskositas dalam fase cair maupun fase gas rendah agar tahanan aliran
refrigeran dalam pipa sekecil mungkin.
21
10. Konstanta dielektrika dari refrigeran yang kecil, tahanan listrik yang besar
serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik.
11. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh.
Berdasarkan jenis senyawanya, refrigeran dapat dikelompokkan menjadi:
1. Kelompok refrigeran senyawa halokarbon. (R-11, R-12, R-22, dsb)
2. Kelompok refrigeran senyawa organik cyclic. (R-C316, R-C317, R-318)
3. Kelompok refrigeran campuran Zeotropik. (R-401A, R-402B, R-403B)
4. Kelompok refrigeran campuran Azeotropik. (R-500, R-502)
5. Kelompok refrigeran senyawa organik biasa. (R-600, R-600a, R-610, dsb)
6. Kelompok refrigeran senyawa anorganik. (R-702, R-704, R-717, dsb)
Dibawah ini penggunaan beberapa refrigeran dalam kehidupan sehari-hari.
Refrigeran Jenis kompresor Keterangan penggunaan
Screw Amonia
Reciprocating
Unit pembuat es, ruang dingin, pendingin larutan garam, peti es, pendinginan pabrik kimia.
R-11 Sentrifugal Pendingin air sentrifugal. R-12 Sentrifugal
Reciprocating R-12
Rotary
Penyegar udara, refrigerasi pada umumnya, pendinginan air sentrifugal ukuran besar, AC mobil.
R-134a Reciprocating AC mobil R-134a Screw AC mobil R-22 Sentrifugal R-22 Reciprocating R-22 Scrol R-22 Screw
Penyegar udara, refrigerasi pada umumnya, pendinginan, beberapa unit refrigerasi, unit temperatur rendah, pendinginan air sentrifugal temperatur rendah ukuran besar.
Torak R-500
Sentrifugal
Refrigerasi pada umumnya, pendinginan, pendingin air sentrifugal temperatur rendah
Tabel 2.2. Penggunaan beberapa refrigeran
22
Kompabilitas beberapa refrigeran terhadap material komponen mesin
refrigerasi.
Material Penggunaan R-12 R-134a Hidrokarbon Baja Konstruksi,pipa Sangat baik Sangat baik Sangat baik Kuningan Konstruksi,pipa Sangat baik Sangat baik Sangat baik Tembaga Konstruksi,pipa Sangat baik Sangat baik Sangat baik Alumunium Konstruksi,pipa Baik Baik Baik Molecular sieve Pengering Sangat baik Sangat baik Sangat baik
Silica gel Pengering Sangat baik Sangat baik Sangat baik Tabel 2.3. Kompabilitas beberapa refrigeran terhadap material
CFC-12 memiliki nilai kalor laten yang relatif rendah. Pada mesin
refrigerasi yang lebih kecil, hal ini menjadi salah satu keuntungan. CFC-12
digunakan untuk kompresor torak, rotari, dan sentrifugal serta memiliki efisiensi
volumetrik yang bagus. Air hanya dapat larut sedikit dengan CFC-12. Pada 00F (-
180C) CFC-12 hanya dapat melarutkan 6 ppm persen berat.
Penambahan pelumas mineral tidak memberikan efek korosi dan dapat larut
pada suhu evaporator yang sangat dingin sekalipun (-680C). Pelumas akan mulai
memisah pada suhu tersebut. Karena pelumas lebih ringan daripada refrigeran,
maka pelumas akan terkumpul diatas permukaan refrigeran.
Refrigeran HFC-134a mempunyai Normal Boiling Point (NBP) yang dekat
dengan CFC-12 oleh sebab itu refrigeran ini digunakan secara luas untuk
menggantikan R-12. HFC-134a tidak bercampur dengan pelumas mineral.
Sehingga pelumas mineral yang umumnya digunakan untuk CFC-12 dan
refrigeran hidrokarbon tidak dapat digunakan untuk HFC-134a. Pelumas Poly
Ester (POE) dan Poly Alkyl Glikol (PAG) saat ini digunakan sebagai pelumas
pada sistem HFC-134A. Pelumas ini bersifat higroskopis.
23
2.2.5.14 Rumus-rumus yang digunakan dalam perhitungan
a. Perhitungan Secara Ideal. (M. J. Moran & H. N. Shapiro, 2000)
1. COP Carnot.
COPcarnot = ………………………………………… (2.1) TL
(TH - TL) dimana:
TL = Temperatur refrigeran saat menyerap kalor (temperatur evaporator)
TH = Temperatur refrigeran saat melepas kalor (temperatur kondensor)
2. COP siklus standar.
COPstandar= = …………………………….. (2.2)
Qevap
Wkomp
mref . (h1 – h4)mref . (h2 – h1)
dimana:
Qevap = Kalor yang diserap evaporator (kW)
Wkomp = Daya kompresor (kW)
mref = Laju aliran massa (kg/s)
h1 = Enthalpi gas refrigeran pada tekanan evaporator (kJ/kg)
h2 = Enthalpi gas refrigeran pada tekanan kondensor (isentropik)
(kJ/kg)
h4 = Enthalpi cairan refrigeran pada tekanan kondensor (kJ/kg)
b. Perhitungan Aktual.
1. COP Aktual. (M. J. Moran & H. N. Shapiro, 2000)
COPaktual = = ……………………………. (2.3)
Qevap
Wkomp
mref . (h5 – h4)mref . (h2a – h1)
dimana:
h1 = Enthalpi refrigeran masuk kompresor (kJ/kg)
h2a = Enthalpi refrigeran keluar kompresor (kJ/kg)
h4 = Enthalpi refrigeran keluar evaporator (kJ/kg)
h5 = Enthalpi refrigeran masuk evaporator (kJ/kg)
24
2. Laju aliran massa aktual. (M. J. Moran & H. N. Shapiro, 2000)